холестерин + 3 НАДФН + 3 Н + + 3 О 2 ⇄ прегненолон + 4-метилпентаналь + 3 НАДФ + + 3 Н 2 О
P450scc является членом суперсемейства ферментов цитохрома P450 (семейство 11, подсемейство A, полипептид 1) и кодируется геном CYP11A1 . [ 6]
Номенклатура
Систематическое название этого класса ферментов - холестерин, восстановленный-надпочечник-ферредоксин: кислород оксидоредуктаза (расщепление боковой цепи) . Другие названия включают:
Тканевая и внутриклеточная локализация
Самый высокий уровень системы расщепления боковой цепи холестерина обнаружен в коре надпочечников и желтом теле . [5] Система также экспрессируется на высоком уровне в стероидогенных клетках теки в яичниках и клетках Лейдига в яичках. [5] Во время беременности плацента также экспрессирует значительные уровни этой ферментной системы. [7] P450scc также присутствует на гораздо более низких уровнях в нескольких других типах тканей, включая мозг. [8] В коре надпочечников концентрация адренодоксина аналогична концентрации P450scc, но адренодоксинредуктаза экспрессируется на более низких уровнях. [9]
Исследования иммунофлуоресценции с использованием специфических антител против ферментов системы P450scc продемонстрировали, что белки расположены исключительно внутри митохондрий. [10] [11] P450scc связан с внутренней митохондриальной мембраной , обращенной внутрь (матрикс). [12] [13] Адренодоксин и адренодоксинредуктаза являются растворимыми периферическими мембранными белками, расположенными внутри митохондриального матрикса, которые, по-видимому, связаны друг с другом в основном посредством электростатических взаимодействий. [14]
Механизм действия
P450scc катализирует превращение холестерина в прегненолон в трех монооксигеназных реакциях. Они включают 2 гидроксилирования боковой цепи холестерина, которые генерируют сначала 22R-гидроксихолестерин, а затем 20альфа,22R-дигидроксихолестерин. Последний шаг расщепляет связь между углеродами 20 и 22, что приводит к образованию прегненолона и изокапронового альдегида.
Каждый шаг монооксигеназы требует 2 электронов ( восстановительных эквивалентов ). Первоначальным источником электронов является НАДФН. [15] Электроны переносятся от НАДФН к P450scc через два белка переноса электронов: адренодоксинредуктазу [16] и адренодоксин . [17] [18] Все три белка вместе составляют комплекс расщепления боковой цепи холестерина.
Участие трех белков в реакции расщепления боковой цепи холестерина поднимает вопрос о том, функционируют ли три белка как тройной комплекс как редуктаза: адренодоксин: P450. Как спектроскопические исследования связывания адренодоксина с P450scc, так и кинетические исследования в присутствии различных концентраций адренодоксинредуктазы продемонстрировали, что редуктаза конкурирует с P450scc за связывание с адренодоксином. Эти результаты показали, что образование функционального тройного комплекса невозможно. [17] Из этих исследований был сделан вывод, что сайты связывания адренодоксина с его редуктазой и с P450 перекрываются и, как следствие, адренодоксин функционирует как мобильный электронный челнок между редуктазой и P450. [17] Эти выводы были подтверждены структурным анализом комплекса адренодоксина и P450. [19]
Процесс переноса электронов от НАДФН к P450scc не является тесно связанным; то есть, во время переноса электронов от адренодоксинредуктазы через адренодоксин к P450scc, определенная часть электронов выходит за пределы цепи и реагирует с O 2 , генерируя супероксидные радикалы. [20] Стероидогенные клетки включают в себя разнообразный набор антиоксидантных систем для борьбы с радикалами, генерируемыми стероидогенными ферментами. [21]
Регулирование
В каждой стероидогенной клетке экспрессия белков системы P450scc регулируется трофической гормональной системой, специфичной для типа клеток. [5] В клетках коры надпочечников из fasciculata экспрессия мРНК, кодирующих все три белка P450scc, индуцируется кортикотропином (АКТГ). [11] [22] Трофические гормоны увеличивают экспрессию гена CYP11A1 через факторы транскрипции, такие как стероидогенный фактор 1 (SF-1), α-изоформу активирующего белка 2 (AP-2) у человека и многие другие. [22] [23] Продукция этого фермента в значительной степени ингибируется ядерным рецептором DAX-1 . [22]
P450scc всегда активен, однако его активность ограничена поставкой холестерина во внутреннюю мембрану. Поставка холестерина в эту мембрану (из внешней митохондриальной мембраны ), таким образом, считается истинным этапом, ограничивающим скорость производства стероидов. Этот этап опосредован в первую очередь стероидогенным острым регуляторным белком (StAR или STARD1). При стимуляции клетки для производства стероидов количество StAR, доступное для переноса холестерина на внутреннюю мембрану, ограничивает скорость реакции (острая фаза). При длительной (хронической) стимуляции считается, что поставка холестерина больше не является проблемой, и что способность системы производить стероиды (т. е. уровень P450scc в митохондриях) теперь более важна.
Кортикотропин (АКТГ) — гормон, который выделяется передней долей гипофиза в ответ на стрессовые ситуации. Исследование стероидогенной способности коры надпочечников у младенцев с острым респираторным заболеванием показало, что действительно во время состояния болезни наблюдается специфическое увеличение стероидогенной способности для синтеза глюкокортикоида кортизола, но не для минералкортикоида альдостерона или андрогена ДГЭАС, которые секретируются из других зон коры надпочечников. [24]
Патология
Мутации в гене CYP11A1 приводят к дефициту стероидных гормонов, вызывая меньшинство случаев редкого и потенциально фатального состояния липоидной врожденной гиперплазии надпочечников . [25] [26] [27] Дефицит CYP11A1 может привести к гиперпигментации, гипогликемии и рецидивирующим инфекциям. [28]
Ингибиторы
Ингибиторы ферментов расщепления боковой цепи холестерина включают , среди прочего, аминоглутетимид , кетоконазол и митотан . [29] [30] [31]
^ abc ENSG00000288362 GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000140459, ENSG00000288362 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000032323 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ abcd Hanukoglu I (декабрь 1992 г.). «Стероидогенные ферменты: структура, функция и роль в регуляции биосинтеза стероидных гормонов». Журнал стероидной биохимии и молекулярной биологии . 43 (8): 779–804. doi :10.1016/0960-0760(92)90307-5. PMID 22217824. S2CID 112729.
^ "Ген Энтреза: цитохром P450 CYP11A1, семейство 11, подсемейство A, полипептид 1".
^ Strauss JF, Martinez F, Kiriakidou M (февраль 1996 г.). «Синтез плацентарных стероидных гормонов: уникальные особенности и неотвеченные вопросы». Biology of Reproduction . 54 (2): 303–311. doi : 10.1095/biolreprod54.2.303 . PMID 8788180.
^ Stoffel-Wagner B (декабрь 2001 г.). «Метаболизм нейростероидов в мозге человека». European Journal of Endocrinology . 145 (6): 669–679. doi : 10.1530/eje.0.1450669 . PMID 11720889.
^ Ханукоглу I, Ханукоглу Z (май 1986). «Стехиометрия митохондриальных цитохромов P-450, адренодоксина и адренодоксинредуктазы в коре надпочечников и желтом теле. Значение для организации мембран и регуляции генов». European Journal of Biochemistry . 157 (1): 27–31. doi : 10.1111/j.1432-1033.1986.tb09633.x . PMID 3011431.
^ Hanukoglu I, Suh BS, Himmelhoch S, Amsterdam A (октябрь 1990 г.). «Индукция и митохондриальная локализация ферментов системы цитохрома P450scc в нормальных и трансформированных гранулезных клетках яичников». Журнал клеточной биологии . 111 (4): 1373–1381. doi :10.1083/jcb.111.4.1373. PMC 2116250. PMID 2170421 .
^ ab Hanukoglu I, Feuchtwanger R, Hanukoglu A (ноябрь 1990 г.). «Механизм индукции кортикотропином и цАМФ митохондриальных ферментов системы цитохрома P450 в клетках коры надпочечников». Журнал биологической химии . 265 (33): 20602–20608. doi : 10.1016/S0021-9258(17)30545-8 . PMID 2173715.
^ Топологические исследования цитохромов P-450scc и P-45011 бета во внутренних митохондриальных мембранах надпочечников быка. Эффекты контролируемого триптического переваривания. J. Biol. Chem. 1979 254: 10443-8.
^ Farkash Y, Timberg R, Orly J (апрель 1986 г.). «Подготовка антисыворотки к расщеплению боковой цепи холестерина цитохрома P-450 крысы и ее использование для ультраструктурной локализации иммунореактивного фермента с помощью техники белка A-золота». Эндокринология . 118 (4): 1353–1365. doi : 10.1210/endo-118-4-1353 . PMID 3948785.
^ Hanukoglu I, Privalle CT, Jefcoate CR (май 1981). «Механизмы ионной активации митохондриальных цитохромов надпочечников P-450scc и P-45011 бета». Журнал биологической химии . 256 (9): 4329–4335. doi : 10.1016/S0021-9258(19)69437-8 . PMID 6783659.
^ Ханукоглу И, Рапопорт Р. (1995). «Пути и регуляция продукции НАДФН в стероидогенных митохондриях». Endocrine Research . 21 (1–2): 231–241. doi :10.3109/07435809509030439. PMID 7588385.
^ Hanukoglu I, Gutfinger T, Haniu M, Shively JE (декабрь 1987 г.). «Выделение кДНК для адренодоксинредуктазы (ферредоксин-НАДФ+редуктазы). Последствия для митохондриальных систем цитохрома P-450». European Journal of Biochemistry . 169 (3): 449–455. doi : 10.1111/j.1432-1033.1987.tb13632.x . PMID 3691502.
^ abc Hanukoglu I, Jefcoate CR (апрель 1980 г.). «Митохондриальный цитохром P-450scc. Механизм переноса электронов адренодоксином». Журнал биологической химии . 255 (7): 3057–3061. doi : 10.1016/S0021-9258(19)85851-9 . PMID 6766943.
^ Ханукоглу I, Шпицберг V, Бампус JA, Дус KM, Джефкоут CR (май 1981). «Цитохром митохондрий надпочечников P-450scc. Взаимодействие холестерина и адренодоксина в равновесии и во время оборота». Журнал биологической химии . 256 (9): 4321–4328. doi : 10.1016/S0021-9258(19)69436-6 . PMID 7217084.
^ Strushkevich N, MacKenzie F, Cherkesova T, Grabovec I, Usanov S, Park HW (июнь 2011 г.). «Структурная основа биосинтеза прегненолона митохондриальной монооксигеназной системой». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (25): 10139–10143. Bibcode : 2011PNAS..10810139S. doi : 10.1073/pnas.1019441108 . PMC 3121847. PMID 21636783 .
^ Ханукоглу И, Рапопорт Р, Вайнер Л, Склан Д (сентябрь 1993 г.). «Утечка электронов из митохондриальной системы НАДФН-адренодоксинредуктаза-адренодоксин-P450scc (расщепление боковой цепи холестерина)». Архивы биохимии и биофизики . 305 (2): 489–498. doi :10.1006/abbi.1993.1452. PMID 8396893.
^ Ханукоглу I (2006). «Антиоксидантные защитные механизмы против активных форм кислорода (ROS), генерируемых митохондриальными системами P450 в стероидогенных клетках». Обзоры метаболизма лекарств . 38 (1–2): 171–196. doi :10.1080/03602530600570040. PMID 16684656. S2CID 10766948.
^ abc Lavoie HA, King SR (август 2009). «Транскрипционная регуляция стероидогенных генов: STARD1, CYP11A1 и HSD3B». Experimental Biology and Medicine . 234 (8): 880–907. doi :10.3181/0903-MR-97. PMID 19491374. S2CID 5350278.
^ Guo IC, Shih MC, Lan HC, Hsu NC, Hu MC, Chung BC (июль 2007 г.). «Транскрипционная регуляция человеческого CYP11A1 в гонадах и надпочечниках». Журнал биомедицинской науки . 14 (4): 509–515. doi :10.1007/s11373-007-9177-z. PMID 17594537.
^ Ханукоглу А., Фрид Д., Накаш И., Ханукоглу И. (ноябрь 1995 г.). «Избирательное увеличение стероидогенной способности надпочечников во время острых респираторных заболеваний у младенцев». Европейский журнал эндокринологии . 133 (5): 552–556. doi :10.1530/eje.0.1330552. PMID 7581984. S2CID 44439040.
^ Bhangoo A, Anhalt H, Ten S, King SR (март 2006 г.). «Фенотипические вариации при липоидной врожденной гиперплазии надпочечников». Pediatric Endocrinology Reviews . 3 (3): 258–271. PMID 16639391.
^ al Kandari H, Katsumata N, Alexander S, Rasoul MA (август 2006 г.). «Гомозиготная мутация гена фермента расщепления боковой цепи P450 (CYP11A1) у 46, пациента XY с надпочечниковой недостаточностью, полной сменой пола и агенезией мозолистого тела». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 91 (8): 2821–2826. doi :10.1210/jc.2005-2230. PMID 16705068.
^ Kim CJ, Lin L, Huang N, Quigley CA, AvRuskin TW, Achermann JC, Miller WL (март 2008 г.). «Тяжелая комбинированная недостаточность надпочечников и гонад, вызванная новыми мутациями в ферменте расщепления боковой цепи холестерина, P450scc». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 93 (3): 696–702. doi :10.1210/jc.2007-2330. PMC 2266942. PMID 18182448 .
^ FBuonocore F, Achermann JC (2020). «Первичная надпочечниковая недостаточность: новые генетические причины и их долгосрочные последствия». Клиническая эндокринология . 92 (1): 11–20. doi :10.1111/cen.14109. PMC 6916405. PMID 31610036 .
^ Беккер К. Л. (2001). Принципы и практика эндокринологии и метаболизма. Lippincott Williams & Wilkins. стр. 735–. ISBN978-0-7817-1750-2.
^ Jameson JL, De Groot LJ (18 мая 2010 г.). Эндокринология — электронная книга: для взрослых и детей. Elsevier Health Sciences. стр. 301–302. ISBN978-1-4557-1126-0.
^ Ortiz de Montellano PR (13 марта 2015 г.). Цитохром P450: структура, механизм и биохимия. Springer. стр. 851–879. ISBN978-3-319-12108-6.
Дальнейшее чтение
Helmberg A (август 1993 г.). «Гены-близнецы и эндокринные заболевания: гены CYP21 и CYP11B». Acta Endocrinologica . 129 (2): 97–108. doi :10.1530/acta.0.1290097. PMID 8372604.
Papadopoulos V, Amri H, Boujrad N, Cascio C, Culty M, Garnier M и др. (январь 1997 г.). «Периферический бензодиазепиновый рецептор в транспорте холестерина и стероидогенезе». Стероиды . 62 (1): 21–28. doi : 10.1016/S0039-128X(96)00154-7 . PMID 9029710. S2CID 1977513.
Stocco DM (июнь 2000 г.). «Внутримитохондриальный перенос холестерина». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Молекулярная и клеточная биология липидов . 1486 (1): 184–197. doi :10.1016/S1388-1981(00)00056-1. PMID 10856721.
Кристенсен ВН, Куре ЭХ, Эрикштейн Б, Харада Н, Бёрресен-Дейл А (октябрь 2001 г.). «Генетическая восприимчивость и эстрогеноподобные соединения окружающей среды». Mutation Research . 482 (1–2): 77–82. doi :10.1016/S0027-5107(01)00212-3. PMID 11535251.
Strauss JF (ноябрь 2003 г.). «Некоторые новые мысли о патофизиологии и генетике синдрома поликистозных яичников». Annals of the New York Academy of Sciences . 997 (1): 42–48. Bibcode : 2003NYASA.997...42S. doi : 10.1196/annals.1290.005. PMID 14644808. S2CID 23559461.
Wada A, Waterman MR (ноябрь 1992 г.). «Идентификация с помощью направленного мутагенеза двух остатков лизина в боковой цепи расщепления холестерина цитохромом P450, которые необходимы для связывания адренодоксина». Журнал биологической химии . 267 (32): 22877–22882. doi : 10.1016/S0021-9258(18)50028-4 . PMID 1429635.
Hu MC, Guo IC, Lin JH, Chung BC (март 1991 г.). «Регулируемая экспрессия цитохрома P-450scc (фермента расщепления боковой цепи холестерина) в культивируемых клеточных линиях, обнаруженная антителом против бактериально экспрессируемого человеческого белка». The Biochemical Journal . 274 (Pt 3): 813–817. doi :10.1042/bj2740813. PMC 1149983 . PMID 1849407.
Sparkes RS, Klisak I, Miller WL (июнь 1991 г.). «Региональное картирование генов, кодирующих стероидогенные ферменты человека: P450scc до 15q23-q24, адренодоксин до 11q22; адренодоксинредуктаза до 17q24-q25; и P450c17 до 10q24-q25». DNA and Cell Biology . 10 (5): 359–365. doi :10.1089/dna.1991.10.359. PMID 1863359.
Coghlan VM, Vickery LE (октябрь 1991 г.). «Сайт-специфические мутации в человеческом ферредоксине, которые влияют на связывание с ферредоксинредуктазой и цитохромом P450scc». Журнал биологической химии . 266 (28): 18606–18612. doi : 10.1016/S0021-9258(18)55106-1 . PMID 1917982.
Matteson KJ, Chung BC, Urdea MS, Miller WL (апрель 1986 г.). «Изучение дефицита расщепления боковой цепи холестерина (20,22 десмолазы), вызывающего врожденную липоидную гиперплазию надпочечников, с использованием олигодезоксирибонуклеотидных зондов с последовательностью быка P450scc». Эндокринология . 118 (4): 1296–1305. doi :10.1210/endo-118-4-1296. PMID 2419119.
Chung BC, Matteson KJ, Voutilainen R, Mohandas TK, Miller WL (декабрь 1986 г.). «Фермент расщепления боковой цепи холестерина человека, P450scc: клонирование кДНК, назначение гена хромосоме 15 и экспрессия в плаценте». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (23): 8962–8966. Bibcode : 1986PNAS ...83.8962C. doi : 10.1073/pnas.83.23.8962 . PMC 387054. PMID 3024157.
Morohashi K, Sogawa K, Omura T, Fujii-Kuriyama Y (апрель 1987 г.). «Структура гена человеческого цитохрома P-450(SCC), холестериндесмолазы». Журнал биохимии . 101 (4): 879–887. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a121955. PMID 3038854.
Маруяма К, Сугано С (январь 1994). «Олиго-кэппинг: простой метод замены кэп-структуры эукариотических мРНК олигорибонуклеотидами». Gene . 138 (1–2): 171–174. doi :10.1016/0378-1119(94)90802-8. PMID 8125298.
Gharani N, Waterworth DM, Batty S, White D, Gilling-Smith C, Conway GS и др. (март 1997 г.). «Связь гена синтеза стероидов CYP11a с синдромом поликистозных яичников и гиперандрогенией». Human Molecular Genetics . 6 (3): 397–402. doi : 10.1093/hmg/6.3.397 . PMID 9147642.
Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K, Suyama A, Sugano S (октябрь 1997 г.). «Конструирование и характеристика библиотеки ДНК с полной длиной и обогащенной 5'-концом». Gene . 200 (1–2): 149–156. doi :10.1016/S0378-1119(97)00411-3. PMID 9373149.
Хукканен Дж., Мянтюля М., Кангас Л., Вирта П., Хаккола Дж., Паакки П. и др. (февраль 1998 г.). «Экспрессия генов цитохрома P450, кодирующих ферменты, активные в метаболизме тамоксифена в эндометрии матки человека». Фармакология и токсикология . 82 (2): 93–97. doi :10.1111/j.1600-0773.1998.tb01404.x. ПМИД 9498238.
Zhou Z, Shackleton CH, Pahwa S, White PC, Speiser PW (март 1998 г.). «Выдающийся метаболизм половых стероидов в лимфоцитах человека». Молекулярная и клеточная эндокринология . 138 (1–2): 61–69. doi : 10.1016/S0303-7207(98)00052-5 . PMID 9685215. S2CID 20490901.
